低渗底水气藏水侵实验研究<br/>——以宁波19-6 区块为例

低渗底水气藏水侵实验研究
——以宁波19-6 区块为例

2022-03-06蔺振宁

复杂油气藏 2022年4期

冷捷，杨龙，张露，蔺振宁，洪婧

（中海油能源发展股份有限公司上海工程技术分公司,上海 200941）

东海盆地西湖凹陷低渗砂岩气藏资源潜力巨大,但大部分气藏在投产2～3 a 后均有不同程度的产水情况,研究人员通过分析认为产水的主要原因包括边/底水的突进或者层内可动水产出［1］。通过室内凝析水含量测定实验,发现在目前的西湖凹陷地层条件下,凝析水含量较低,不符合目前的产水特征。其次,通过核磁共振结合离心实验,研究人员发现西湖凹陷低渗储层的可动水饱和度为4%～8%,根据调研的陆地气田可动水饱和度与气井产水量关系可知［2-3］,可动水饱和度低于6%时,气井基本不产水；可动水饱和度在6%～8%时,气井少量产水,因此目前西湖凹陷低渗储层处于气井基本不产水或少量产水阶段,研究人员有理由相信,在目前的东海西湖凹陷低渗气藏存在着水侵影响的可能性［4］。目前宁波19-6气田尚未投入开发,为了提高该低渗气藏的开发效果,本文开展了底水气藏水侵物理模拟实验,探究水体能量、储层渗透性以及采气速度等因素对低渗水驱气藏出水规律的影响,为后续宁波19-6 区块低渗水驱气藏的高效开发提供指导。

1 实验设计

目前对气藏水侵实验已经开展了大量的研究工作：一种是采用平板可视化物理微观模型,模拟边、底水气藏的衰竭开发,研究气藏在开发过程中水体的流通路径以及不同开发时刻的气水分布,直观表征气藏水侵规律［5-6］；另一种则是传统的水侵物理模拟实验,利用全直径岩心开展不同水体大小、不同采出速度下的边/底水气藏衰竭实验,通过计算水侵量和采出程度等参数描述水侵规律［7-9］。本文在前人研究的基础上,结合两种实验方式的优缺点,利用X 射线实时饱和度监测系统开展不同水体能量、不同储层渗透率和不同采出速度下的低渗底水气藏水侵规律研究。

实验共选取了2 块低渗样品（1×10-3μm2＜K＜10×10-3μm2）和2 块特低渗样品（K＜1×10-3μm2）,具体物性参数见表1。

表1 岩心物性参数

1.1 实验装置

低渗底水气藏水侵规律物理模拟实验所用的X射线实时饱和度监测系统如图1所示。

图1 X射线实时饱和度监测系统示意

该设备根据不同实验流体对X 射线的吸收能力大小有差异的性质,定性区分不同流体在岩心中的分布状态,定量计算驱替沿程每4 mm 处的流体饱和度值。以气水驱替过程为例,岩石某一断层面的含气饱和度为：

式中,Sg为含气饱和度；Xt为岩石在水驱气t时刻某一断层面的X 射线强度；X1为100%饱和水岩样某一断层面的X 射线强度；X0为干岩样某一断层面的X射线强度。

1.2 实验方案

在开展气藏水侵衰竭实验前,为了明确气水渗流规律和孔隙中水的微观分布状态,首先进行了气水相渗和核磁共振成像驱替实验。在低渗底水气藏出水规律实验研究中,资料调研显示：水驱气藏出水主要受两种因素影响：一是地质因素,包括水体能量大小、气柱高度、隔夹层发育程度、储层渗透性等；二是开发因素,包括气藏采气速度以及储层射开程度等,而东海西湖凹陷既发育有强边底水气藏,同时也发育有弱水驱气藏,不同类型气藏的地质特征存在较大差异,因此本次气藏出水规律实验研究主要从水体大小、储层渗透性和采气速度三方面探究其对气藏出水规律的影响。表2 为实验参数,考虑到东海西湖凹陷水体能量大小不一,水体选择了20 倍及100 倍,本次衰竭实验选用了两种不同衰竭速度（每15 min 出口降低1 MPa 及每60 min出口降低1 MPa）。

表2 水侵衰竭实验参数

2 实验结果与讨论

通过物理模拟低渗砂岩气藏底水侵入对生产过程的影响,在岩心出口端计量出水量和出气量,利用X 射线扫描不同衰竭压力下的含气饱和度分布,分析不同水体量大小、不同储层渗透率以及不同采气速度下水侵对气藏开发效果的影响,为后续低渗底水气藏的有效开发提供指导。

2.1 气水渗流规律

使用非稳态法开展了4 块样品的气水互驱,得到气水/水气相对渗透率曲线（见图2）。从图2 可以看出在气驱水过程中,4 块低渗/特低渗岩心样品的束缚水饱和度普遍较高,基本都在60%以上,说明气相基本上只存在于大的孔隙通道,而在水驱气过程中,4 块样品的等渗点饱和度远大于50%,说明该低渗层为亲水储层且具备较强的亲水性,由此判断储层中较高的束缚水饱和度在一定程度上降低了气相渗流能力,且强亲水性又导致水相渗流能力减弱,总体来说该低渗储层的气水两相渗流能力都比较差。

图2 气水相对渗透率曲线

图3 是2 号和3 号两块样品在驱至不同含水饱和度下的核磁共振T2谱图,从谱图分布特征来看,2号和3 号样品都是典型的双峰型结构,2 号样品渗透率稍高,主峰分布在10～100 ms；3 号样品渗透率较低,主峰分布在0.1～10 ms。通过对比不同含水饱和度下的离心后T2 谱图可以看出,在气驱水过程中,双峰中的右峰不断降低,说明孔隙中占据大孔道的可动流体率先被采出,到了驱替后期,左峰也出现下降趋势,说明此时部分小孔道中的束缚流体被动用。

图3 两块样品不同含水饱和度下核磁共振T2谱图

2.2 不同水体能量

考虑到东海凹陷同时发育有强边/底水气藏和弱水驱气藏,为了研究水体能量大小对底水气藏的水侵影响,本次实验选择了20 倍和100 倍水体,以2号样品实验结果为例,衰竭过程中出口压降速度均保持在每15 min 降低1 MPa。利用X 射线装置实时监测不同压力下的岩心驱替沿程含气饱和度分布,同时根据出口计量的气水量计算两种水体下的采出程度,实验结果如图4、图5所示。

首先从图4（a）和（b）中的40 MPa束缚水状态下的岩心含气饱和度分布来看,东海低渗储层的岩心非均质性较强,束缚水并未均匀分布在岩心中。就单块岩心来说,20 倍水体下岩心束缚水饱和度分布在21.9%～32.2%（平均28.2%）,100 倍水体下岩心束缚水饱和度分布在15.8%～32.1%（平均26.0%）。当压力从40 MPa 开始降低时,水体开始侵入岩心前端,使前端含气饱和度快速下降,随着衰竭开采的不断进行,水体开始逐渐侵入岩心内部,通过X 射线扫描可以明显发现水驱前缘到达的位置,岩心的含气饱和度均有明显降低,此时岩心出口处采集的气主要为岩心前端所提供,后端的含气饱和度基本未发生改变。当岩心孔隙压力降至25.07 MPa（20倍水体下、100 倍水体下见水压力为31.1 MPa）时,水驱前缘达到出口处,实验时在出口处可见少许液滴,随着衰竭压力继续降低,此时岩心出口处采集到的气大部分是靠近岩心后端的气,后端含气饱和度快速下降,而前端含气饱和度变化幅度不大。通过对比两种不同水体下岩心含气饱和度变化以及见水压力（见图5）可知,强底水气藏由于水体能量较大,衰竭开采过程中容易沿着优势渗流通道快速跃进,导致气藏过早见水。

图4 2号样品不同水体下含气饱和度分布

图5 2号样品不同水体下采出程度随压力的变化

2.3 不同储层渗透性

由于东海西湖凹陷低渗气藏占比多、储量大等特点,本次对比了2 号样品和3 号样品在20 倍水体和衰竭速度为每15 min降低1 MPa下的含气饱和度分布规律,实验结果如图6、图7所示。

图6 不同渗透率样品含气饱和度分布

图7 不同渗透率样品采出程度随压力变化

从40 MPa 束缚水状态下的岩心含气饱和度分布来看,渗透率越差,样品的非均质性越强,岩心束缚水饱和度越高,3 号样品的平均束缚水饱和度为33.5%,略高于渗透率稍好的2 号样品（28.2%）。对于储层渗透性更差的3 号岩心样品来说,水体的侵入影响更大,衰竭开采的过程中,底水会直接沿优势渗流通道突进,使气藏迅速见水（见水压力为31.9 MPa）,该类型气藏无水采气期较短,采出程度较低。无水期采出程度为25.1%,见水后采出程度增加了22.3%,此时采出程度增加主要是因为见水之后井底压力降低,近井地带压力梯度增大,部分小喉道中的气体被驱替出来,同时由于压力的降低,部分封闭的气体发生膨胀,依靠自身的膨胀被采出。随着水侵加剧,气相渗流通道减少,气体渗流阻力大幅增加,封闭的气体难以突破水体的封锁被采出,因此采出程度（47.5%）远低于渗透率高的2号样品（71.2%）。

2.4 不同采气速度

除了研究水体能量大小和储层渗透性等影响水侵的静态地质因素外,同时也考虑了动态地质因素——采气速度。本次实验选取了两种衰竭速度,分别为1 MPa/15 min 和1 MPa/60 min,水体倍数均为20倍,实验结果如图8、图9所示。

图8 2号样品不同采出速度下含气饱和度分布

图9 不同采出速度下样品采出程度随压力的变化

通过分析可以看出样品的非均质性问题依旧存在,40MPa 下2 号样品的束缚水饱和度分别为28.2%和24.0%,当衰竭速度为1 MPa/15 min 时,岩心在25.07 MPa 下于出口处见水；当衰竭速度为1 MPa/60 min 时,岩心见水压力为19.89 MPa,说明采气速度控制越慢,见水时间越晚,无水采气期越长；同时通过采出程度对比可发现采出程度也越高,后期若想实现气藏的长期平稳高效开采,合理控制采气速度是关键。采出速度低一定程度上延缓了水体的快速突进,使水体波及到了气藏的大部分区域,因此最终采出程度较高（93.4%）。